JPH0864759A - 樹脂封止型パワーモジュール装置及びその製法 - Google Patents
樹脂封止型パワーモジュール装置及びその製法Info
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- JPH0864759A JPH0864759A JP19924894A JP19924894A JPH0864759A JP H0864759 A JPH0864759 A JP H0864759A JP 19924894 A JP19924894 A JP 19924894A JP 19924894 A JP19924894 A JP 19924894A JP H0864759 A JPH0864759 A JP H0864759A
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】半導体チップ１と、半導体チップ１と電気的に
接続された外部取り出し端子４を設けた基板２，基板２
を取り付けた金属板３，金属板３上に取り付けられた外
囲ケース６，チップ１上を封止するシリコーンゲル７及
びエポキシ樹脂８の組成物からなるパワーモジュール装
置において、外囲ケース６が上，下最低二個の独立した
樹脂成型品から成り、それらが嵌合，接着あるいは単に
載置する事により構成されている樹脂封止型パワーモジ
ュール装置。 【効果】エポキシ樹脂が接する上段ケースは、ゲル充填
雰囲気にさらされないため、シリコーンゲルに起因する
ケース内面汚染とこれによるケースとエポキシ樹脂との
接着性不良を回避し、ケースとエポキシ樹脂界面からの
水分の浸入を抑制することができるためパワーモジュー
ル装置の耐湿性が向上する。
接続された外部取り出し端子４を設けた基板２，基板２
を取り付けた金属板３，金属板３上に取り付けられた外
囲ケース６，チップ１上を封止するシリコーンゲル７及
びエポキシ樹脂８の組成物からなるパワーモジュール装
置において、外囲ケース６が上，下最低二個の独立した
樹脂成型品から成り、それらが嵌合，接着あるいは単に
載置する事により構成されている樹脂封止型パワーモジ
ュール装置。 【効果】エポキシ樹脂が接する上段ケースは、ゲル充填
雰囲気にさらされないため、シリコーンゲルに起因する
ケース内面汚染とこれによるケースとエポキシ樹脂との
接着性不良を回避し、ケースとエポキシ樹脂界面からの
水分の浸入を抑制することができるためパワーモジュー
ル装置の耐湿性が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコーンゲルを封止
材料として用いた樹脂封止型パワーモジュール装置及び
その製法に関する。
材料として用いた樹脂封止型パワーモジュール装置及び
その製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のパワーモジュール装置の構成を図
２に示した。一般的なＩＧＢＴモジュールの断面図を用
いて説明する。同図において、１はＩＧＢＴチップであ
り、これらはセラミックス板２を介して銅基板３に接合
されている。銅基板３からは、直接あるいはセラミック
ス板を介して半田付け固定された外部取り出し端子４が
立ち上がっている。外部取り出し端子４とＩＧＢＴチッ
プ１とは金属ワイヤ５により電気的に接続されている。
銅基板３にはポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)等の熱
可塑性樹脂製外囲ケース６が接着されている。ＩＧＢＴ
チップ１の上部にはシリコーンゲル７が充填され、さら
にこの上には、端子固定とパッケージの気密性を保持す
るためにエポキシ樹脂組成物８が充填されている。
２に示した。一般的なＩＧＢＴモジュールの断面図を用
いて説明する。同図において、１はＩＧＢＴチップであ
り、これらはセラミックス板２を介して銅基板３に接合
されている。銅基板３からは、直接あるいはセラミック
ス板を介して半田付け固定された外部取り出し端子４が
立ち上がっている。外部取り出し端子４とＩＧＢＴチッ
プ１とは金属ワイヤ５により電気的に接続されている。
銅基板３にはポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)等の熱
可塑性樹脂製外囲ケース６が接着されている。ＩＧＢＴ
チップ１の上部にはシリコーンゲル７が充填され、さら
にこの上には、端子固定とパッケージの気密性を保持す
るためにエポキシ樹脂組成物８が充填されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来構造では、耐湿寿
命が短いという問題がある。これはシリコーンゲルのケ
ース内面汚染によるケースとエポキシ樹脂との接着性阻
害、及びゲルの大きな体積温度変化によるゲル硬化物内
部の構造欠陥発生に起因するものと考えられる。これら
は相互に連結してモジュールの耐湿信頼性を低下させる
ものと考えられる。
命が短いという問題がある。これはシリコーンゲルのケ
ース内面汚染によるケースとエポキシ樹脂との接着性阻
害、及びゲルの大きな体積温度変化によるゲル硬化物内
部の構造欠陥発生に起因するものと考えられる。これら
は相互に連結してモジュールの耐湿信頼性を低下させる
ものと考えられる。
【０００４】前者の接着性阻害は、注入されたゲルがケ
ース内面を這い上がることと、ゲル硬化時に揮発する低
分子シロキサンがケース内面に付着することにより、ケ
ース内面に離型性を有するシロキサン化合物の被膜が形
成されることにより発生する。このためケースとエポキ
シ樹脂界面に隙間が生じやすくなり、ここから水分が容
易に浸入することになる。
ース内面を這い上がることと、ゲル硬化時に揮発する低
分子シロキサンがケース内面に付着することにより、ケ
ース内面に離型性を有するシロキサン化合物の被膜が形
成されることにより発生する。このためケースとエポキ
シ樹脂界面に隙間が生じやすくなり、ここから水分が容
易に浸入することになる。
【０００５】後者のゲル中構造欠陥発生については、ゲ
ルが熱収縮する際、ゲルが周囲を取り囲まれるなどで拘
束された環境にある場合には、ゲル表面の形状変化だけ
では体積変化分を吸収できず、この時発生するゲル内部
の応力がゲルの強度を越えたとき、ゲル内部にクラック
やボイド等の構造欠陥が発生することになる。
ルが熱収縮する際、ゲルが周囲を取り囲まれるなどで拘
束された環境にある場合には、ゲル表面の形状変化だけ
では体積変化分を吸収できず、この時発生するゲル内部
の応力がゲルの強度を越えたとき、ゲル内部にクラック
やボイド等の構造欠陥が発生することになる。
【０００６】このように、ケースとエポキシ樹脂界面の
剥離部分から水分が浸入し、さらにこの水分がゲル中の
クラックを伝わりながらチップ表面に到達することによ
り半導体素子の動作不良が発生するものと考えられる。
このようにケースとエポキシ樹脂との剥離とゲル中の構
造欠陥の二つが同時に生じることにより製品の耐湿信頼
性が大きく低下するものと考えられる。
剥離部分から水分が浸入し、さらにこの水分がゲル中の
クラックを伝わりながらチップ表面に到達することによ
り半導体素子の動作不良が発生するものと考えられる。
このようにケースとエポキシ樹脂との剥離とゲル中の構
造欠陥の二つが同時に生じることにより製品の耐湿信頼
性が大きく低下するものと考えられる。
【０００７】一方、チップ上封止材として、構造欠陥が
発生しやすいゲルを用いずに、弾性率の大きな材料を適
用すると、温度サイクル時の発生応力により、ボンディ
ングワイヤの切断，チップやパッシベーション膜の損
傷、といった不良が発生する。このため種々の問題点を
有するものの、従来のパワーモジュール装置では封止樹
脂として非常に弾性率の小さいシリコーンゲルを用いた
構造が主流となっている。
発生しやすいゲルを用いずに、弾性率の大きな材料を適
用すると、温度サイクル時の発生応力により、ボンディ
ングワイヤの切断，チップやパッシベーション膜の損
傷、といった不良が発生する。このため種々の問題点を
有するものの、従来のパワーモジュール装置では封止樹
脂として非常に弾性率の小さいシリコーンゲルを用いた
構造が主流となっている。
【０００８】なお、ゲルのケース内面這い上がり防止部
をケース内側に設けた半導体装置が開示されている（特
開平4−64255号公報）。
をケース内側に設けた半導体装置が開示されている（特
開平4−64255号公報）。
【０００９】本発明の目的は、ケースとエポキシ樹脂と
の接着性の向上を図り、耐湿性を向上した樹脂封止型パ
ワーモジュール装置を提供することにある。
の接着性の向上を図り、耐湿性を向上した樹脂封止型パ
ワーモジュール装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】従来構造のパワーモジュ
ール装置が耐湿性に劣る最大の原因は、前述のように、
エポキシ樹脂とケース材との接着性が阻害されているた
め、この部分から水分が浸入し易い点にあった。この接
着性阻害は、従来構造のパワーモジュールではエポキシ
樹脂の充填に先立ち、シリコーンゲルが充填されるた
め、この際にケース内面のゲル這い上がりや低分子シロ
キサンのケース内面付着により、ケース／エポキシ樹脂
界面に離型性皮膜が形成されることによる。
ール装置が耐湿性に劣る最大の原因は、前述のように、
エポキシ樹脂とケース材との接着性が阻害されているた
め、この部分から水分が浸入し易い点にあった。この接
着性阻害は、従来構造のパワーモジュールではエポキシ
樹脂の充填に先立ち、シリコーンゲルが充填されるた
め、この際にケース内面のゲル這い上がりや低分子シロ
キサンのケース内面付着により、ケース／エポキシ樹脂
界面に離型性皮膜が形成されることによる。
【００１１】従って、接着性阻害を回避する手段とし
て、エポキシ樹脂が接するケースをシリコーンゲル充填
と同一雰囲気には置かず独立させることが有効である。
て、エポキシ樹脂が接するケースをシリコーンゲル充填
と同一雰囲気には置かず独立させることが有効である。
【００１２】このための具体的方策として、本発明の上
下二段構造ケースを用いる手法がある。金属板に下段ケ
ースを接着後、この内部にゲルを充填する。その後、上
段ケースを下段ケース上に配置し、この内部にエポキシ
樹脂を充填する。このようにエポキシ樹脂が接すること
になる上段ケースを、ゲル充填雰囲気から独立させるこ
とにより、ゲルによる上段ケース内面汚染は回避され、
エポキシ樹脂とケースとの接着性は確保できることにな
る。その結果、エポキシ樹脂／ケース界面からの水分浸
入が抑えられ、パワーモジュール半導体装置の耐湿性が
向上することになる。
下二段構造ケースを用いる手法がある。金属板に下段ケ
ースを接着後、この内部にゲルを充填する。その後、上
段ケースを下段ケース上に配置し、この内部にエポキシ
樹脂を充填する。このようにエポキシ樹脂が接すること
になる上段ケースを、ゲル充填雰囲気から独立させるこ
とにより、ゲルによる上段ケース内面汚染は回避され、
エポキシ樹脂とケースとの接着性は確保できることにな
る。その結果、エポキシ樹脂／ケース界面からの水分浸
入が抑えられ、パワーモジュール半導体装置の耐湿性が
向上することになる。
【００１３】上段ケースを下段ケース上に配置する方法
は、種々のものが可能である。図３および図４は上，下
段各ケース配置部の部分拡大図である。図３（ａ）は、
上段ケース６ｂを下段ケース６ａに単純に上載する方
法。図３（ｂ）は、上段ケース６ｂに突起物を設け、下
段ケース６ａには突起物が丁度嵌合する凹部を設け、両
者のはめ込みにより上，下段ケースを配置する方法。図
３（ｃ）は図３（ｂ）の突起物及び凹部の位置がそれぞ
れ反転している方法。また、図３（ｄ),（ｅ）のように
単にはめ合いによる方法も可能である。これら上，下段
各ケースはいずれも単に上載、あるいははめ込み、また
は、接着剤で固定することにより配置することができ
る。
は、種々のものが可能である。図３および図４は上，下
段各ケース配置部の部分拡大図である。図３（ａ）は、
上段ケース６ｂを下段ケース６ａに単純に上載する方
法。図３（ｂ）は、上段ケース６ｂに突起物を設け、下
段ケース６ａには突起物が丁度嵌合する凹部を設け、両
者のはめ込みにより上，下段ケースを配置する方法。図
３（ｃ）は図３（ｂ）の突起物及び凹部の位置がそれぞ
れ反転している方法。また、図３（ｄ),（ｅ）のように
単にはめ合いによる方法も可能である。これら上，下段
各ケースはいずれも単に上載、あるいははめ込み、また
は、接着剤で固定することにより配置することができ
る。
【００１４】さらに、下段ケースを、図４（ａ）〜
（ｂ）に示したようなケース内部に庇状構造物を有する
構造とすることにより、エポキシ樹脂による上，下ケー
スの固定を強化することができる。これは、下段ケース
６ａの外側ケース面は、シリコーンゲルによる汚染がな
いため、エポキシ樹脂との接着が良いことになる。さら
に図４の構造の場合には、エポキシ樹脂／ケース界面か
ら浸入した水分が庇状構造物で阻止されるための、基板
への水分到達が困難となり、結果としてモジュール装置
の耐湿性が向上する。
（ｂ）に示したようなケース内部に庇状構造物を有する
構造とすることにより、エポキシ樹脂による上，下ケー
スの固定を強化することができる。これは、下段ケース
６ａの外側ケース面は、シリコーンゲルによる汚染がな
いため、エポキシ樹脂との接着が良いことになる。さら
に図４の構造の場合には、エポキシ樹脂／ケース界面か
ら浸入した水分が庇状構造物で阻止されるための、基板
への水分到達が困難となり、結果としてモジュール装置
の耐湿性が向上する。
【００１５】
【作用】本発明に係わるパワーモジュール装置では、下
段ケースを接着し、ケース内部にシリコーンゲルを充填
後上段ケースを配置してエポキシ樹脂を充填するため、
エポキシ樹脂が接する上段ケース内面はシリコーンゲル
による汚染がない。このため、ケースとエポキシ樹脂と
の接着性不良を回避することができ、その結果、耐湿性
に優れたパワーモジュール装置を実現することができ
る。
段ケースを接着し、ケース内部にシリコーンゲルを充填
後上段ケースを配置してエポキシ樹脂を充填するため、
エポキシ樹脂が接する上段ケース内面はシリコーンゲル
による汚染がない。このため、ケースとエポキシ樹脂と
の接着性不良を回避することができ、その結果、耐湿性
に優れたパワーモジュール装置を実現することができ
る。
【００１６】
【実施例】次に本発明を実施例によって具体的に説明す
る。本実施例による断面図を図１に示す。半導体チップ
１，電極端子４をセラミックス板２を介して取り付けた
金属板３に外囲ケース６ａをシリコーン接着剤で接着し
た。次いでケース内部にシリコーンゲル７を注入し、８
０℃，三時間、続いて１５０℃，二時間加熱して硬化を
行った。その後、外囲ケース６ｂをケース６ａにシリコ
ーン接着剤で接着させた後、シリコーンゲル４の上部に
エポキシ樹脂８を注入し、１２０℃，二時間、続いて１
５０℃，四時間加熱して硬化し、本発明のパワーモジュ
ール装置を作製した。
る。本実施例による断面図を図１に示す。半導体チップ
１，電極端子４をセラミックス板２を介して取り付けた
金属板３に外囲ケース６ａをシリコーン接着剤で接着し
た。次いでケース内部にシリコーンゲル７を注入し、８
０℃，三時間、続いて１５０℃，二時間加熱して硬化を
行った。その後、外囲ケース６ｂをケース６ａにシリコ
ーン接着剤で接着させた後、シリコーンゲル４の上部に
エポキシ樹脂８を注入し、１２０℃，二時間、続いて１
５０℃，四時間加熱して硬化し、本発明のパワーモジュ
ール装置を作製した。
【００１７】（比較例）図２に示す従来構造のパワーモ
ジュール装置を作製した。本装置の組立方法は、半導体
チップ１，電極端子４をセラミックス板２を介して取り
付けた金属板３に外囲ケース６をシリコーン接着剤で接
着した。次いでケース内部にシリコーンゲル７を注入
し、８０℃，三時間、続いて１５０℃，二時間加熱して
硬化を行った。その後シリコーンゲル７の上部にエポキ
シ樹脂８を注入し、１２０℃，二時間、続いて１５０
℃，四時間加熱して硬化し、従来構造のパワーモジュー
ル装置を作製した。
ジュール装置を作製した。本装置の組立方法は、半導体
チップ１，電極端子４をセラミックス板２を介して取り
付けた金属板３に外囲ケース６をシリコーン接着剤で接
着した。次いでケース内部にシリコーンゲル７を注入
し、８０℃，三時間、続いて１５０℃，二時間加熱して
硬化を行った。その後シリコーンゲル７の上部にエポキ
シ樹脂８を注入し、１２０℃，二時間、続いて１５０
℃，四時間加熱して硬化し、従来構造のパワーモジュー
ル装置を作製した。
【００１８】次に、本実施例によるパワーモジュール装
置と比較例のパワーモジュール装置について耐湿性試験
を行った。本試験は、６５度／９５％ＲＨ下にモジュー
ル装置を一千時間放置し、放置前後での各パワーモジュ
ール装置の漏洩電流−電圧特性を調べるためのものであ
る（放置後の漏洩電流の変化量が放置前の値の一割を越
えた場合を不良と判定した）。その結果、不良率は、本
実施例のモジュール装置で０／１０、比較例の場合には
９／１０であった。これより、本実施例の場合には、モ
ジュール装置の耐湿性が非常に向上することが判る。
置と比較例のパワーモジュール装置について耐湿性試験
を行った。本試験は、６５度／９５％ＲＨ下にモジュー
ル装置を一千時間放置し、放置前後での各パワーモジュ
ール装置の漏洩電流−電圧特性を調べるためのものであ
る（放置後の漏洩電流の変化量が放置前の値の一割を越
えた場合を不良と判定した）。その結果、不良率は、本
実施例のモジュール装置で０／１０、比較例の場合には
９／１０であった。これより、本実施例の場合には、モ
ジュール装置の耐湿性が非常に向上することが判る。
【００１９】
【発明の効果】本発明のパワーモジュール装置では、そ
の装置の外囲ケースを上，下二段に分割し、まず、下段
ケースを金属板に接着後、この内部にシリコーンゲルを
充填する。その後、上段ケースを接着し、ゲル上部にエ
ポキシ樹脂を充填するため、エポキシ樹脂が接する上段
ケース内面がシリコーンゲルで汚染されることがなく、
ケースとエポキシ樹脂とは良好に接着する。その結果、
ケースとエポキシ樹脂界面からの水分の浸入を防ぐこと
ができるため耐湿性に優れたパワーモジュール装置を実
現することができる。
の装置の外囲ケースを上，下二段に分割し、まず、下段
ケースを金属板に接着後、この内部にシリコーンゲルを
充填する。その後、上段ケースを接着し、ゲル上部にエ
ポキシ樹脂を充填するため、エポキシ樹脂が接する上段
ケース内面がシリコーンゲルで汚染されることがなく、
ケースとエポキシ樹脂とは良好に接着する。その結果、
ケースとエポキシ樹脂界面からの水分の浸入を防ぐこと
ができるため耐湿性に優れたパワーモジュール装置を実
現することができる。
【図１】本発明の一実施例の断面図。
【図２】従来のパワーモジュール装置の断面図。
【図３】本発明の上，下段各ケース配置部の部分断面
図。
図。
【図４】本発明の上，下段各ケース配置部の部分断面
図。
図。
１…ＩＧＢＴチップ、２…セラミックス板、３…金属
板、４…外部取り出し電極端子、５…アルミワイヤ、６
…外囲ケース、７…シリコーンゲル、８…エポキシ樹
脂。
板、４…外部取り出し電極端子、５…アルミワイヤ、６
…外囲ケース、７…シリコーンゲル、８…エポキシ樹
脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 州志 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】半導体チップと、前記半導体チップと電気
的に接続された外部取り出し端子を設けた基板，前記基
板を取り付けた金属板，前記金属板上に取り付けられた
外囲ケース，前記半導体チップ上を封止するシリコーン
ゲル及びエポキシ樹脂組成物からなるパワーモジュール
装置において、前記パワーモジュール装置の前記外囲ケ
ースが上下最低二個の独立した樹脂成型品から成り、そ
れらが嵌合，接着あるいは単に載置することにより構成
されていることを特徴とする樹脂封止型パワーモジュー
ル装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記金属板上に接着さ
れる第一段目の前記外囲ケースの前記金属板側の開口面
積が、反対側開口面積よりも大きくなっている樹脂封止
型パワーモジュール装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記金属板上に接着さ
れる第一段目の前記外囲ケースが内部に庇状に張り出し
た構造物を有する樹脂封止型パワーモジュール装置。 - 【請求項４】半導体チップを搭載し、前記半導体チップ
と電気的に接続された外部取り出し端子を設けた基板を
絶縁物を介して金属板に取り付け、前記金属板に第一段
目の外囲ケースを取り付け、前記第一段目外囲ケース内
にシリコーンゲルを充填した後、第二段目の外囲ケース
を第一段目の外囲ケース上に取り付け、前記シリコーン
ゲル上にエポキシ樹脂を充填し、硬化させることを特徴
とする樹脂封止型パワーモジュール装置の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19924894A JPH0864759A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 樹脂封止型パワーモジュール装置及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19924894A JPH0864759A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 樹脂封止型パワーモジュール装置及びその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864759A true JPH0864759A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16404639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19924894A Pending JPH0864759A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 樹脂封止型パワーモジュール装置及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864759A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005057875A (ja) * | 2003-08-04 | 2005-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | インバータ装置 |
| CN102434466A (zh) * | 2010-08-02 | 2012-05-02 | 日本电产高科电机控股公司 | 马达泵及其制造方法 |
| JP2013171870A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体モジュールとその製造方法 |
| WO2014103133A1 (ja) | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
| CN108292655A (zh) * | 2015-11-12 | 2018-07-17 | 三菱电机株式会社 | 功率模块 |
| WO2019008828A1 (ja) * | 2017-07-03 | 2019-01-10 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
| US10308034B2 (en) | 2016-04-15 | 2019-06-04 | Rohm Co., Ltd. | Liquid container, liquid remaining amount detection circuit of liquid container, liquid remaining amount detection method, liquid container identification method, ink mounting unit, printer, and print system |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP19924894A patent/JPH0864759A/ja active Pending
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